60.Режим холостого хода трансформатора и принцип его работы.

Принцип работы в режиме холостого хода. Режимом холостого хода называется режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке          (рис. 2.5). При питании первичной обмотки от источника синусоидального напряжения U₁ ток первичной обмотки i_1x (МДС ) вызывает в магнитопроводе синусоидальный магнитный поток Ф, который, пронизывая обмотки с числами витков и , наводит в них согласно закону электромагнитной индукции ЭДС е₁ и e₂. Действующие значения этих ЭДС т. е. ЭДС в обмотках пропорциональны числам витков.

Намагничивающий ток трансформатора.

Намагничивающий ток. Величина и форма тока холостого хода определяются магнитным потоком трансформатора и «свойствами его магнитной системы. Выше показано, что магнитный поток изменяется во времени синусоидально: Ф = Фmsinωt, а его амплитуда определяется ЭДС:

Фm = E1/(4,44fw1). (2.15)

Так как при холостом ходе ЭДС практически равна напряжению, то значение магнитного потока определяется напряжением первичной обмотки, ее числом витков и частотой.

Свойства магнитной системы трансформатора описываются в основном магнитной характеристикой, представляющей собой графическое изображение зависимости магнитного потока Ф от МДС трансформатора F или намагничивающего тока Iμ, пропорционального МДС. Свойства электрических машин часто изображаются графически, так как многие зависимости, и в первую очередь магнитная характеристика, имеют весьма сложное аналитическое выражение.

61.Работа трансформатора под нагрузкой.

Нагрузочным или рабочим называется режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение U1, а к вторичной подключены потребители ZН (рис. 1), так что I2 > 0.

Рис. 1 — Нагрузочный режим однофазного трансформатора.

Уравнения напряжений и МДС трансформатора.

На основании Т-образной схемы замещения можно записать следующие уравнения равновесия напряжений (ЭДС) трансформатора:

U1 = –E1+I1(R1+jX1)= –E1+I1Z1 , (1)

U2’= E2’ – I2’ (R2’+jX2’ )= E2’ – I2’Z2’ . (2)

Особенностью работы трансформатора является то, что ввиду относительной малости сопротивлений R₁ и X₁ падение напряжения I₁Z₁ в диапазоне нормальных нагрузок относительно мало, вследствие чего, согласно уравнению (1),

     E₁ ~ U₁. В свою очередь действующее значение ЭДС E₁ пропорционально амплитуде магнитного потока в магнитопроводе Ф_m

     U₁ ~ E₁ = 4,44f₁W₁Ф_m, (3)  где W₁ - число витков фазы первичной обмотки.

     Как следует из (3) значение магнитного потока определяется в основном первичным напряжением:

     Ф_m ~ U₁/4,44f₁W₁ (4)  и при U₁ = const также Ф_m ~ const.

     При холостом ходе трансформатор потребляет из сети такой ток I_x = I₁, который нужен для создания необходимого потока при данном напряжении U₁.

     Значение потока Ф_m всегда таково, что индуктируемая им ЭДС E₁ вместе с падением напряжения I₁Z₁ в соответствии с уравнением (1) уравновешивают приложенное напряжение U₁.

     При подключении к вторичной обмотке нагрузки в ней протекает ток I₂. Магнитодвижущая сила вторичной обмотки (ее число витков W₂)

     W₂I₂ = W₁I₂’ (5).

стремится создать в магнитопроводе свой поток и изменить, таким образом, поток, существовавший в режиме холостого хода. Однако, как отмечено выше, при U₁=const этот поток существенным образом измениться не может (см. формулу 4). Поэтому первичная обмотка будет потреблять из сети, кроме намагничивающего тока I_x, дополнительный ток (–I₂’) такой величины, что создаваемая им МДС (–W₁I₂’) уравновесит МДС W₁I₂’ вторичной обмотки.

     Ток (–I₂’), уравновешивающий в магнитном отношении вторичный ток I₂’, называется нагрузочной составляющей первичного тока.

     Полный первичный ток I₁ состоит из намагничивающей I_x и нагрузочной (–I₂’) составляющих:

     I₁ = I_x+ (–I₂’). (6)

     Равенство (6) называется уравнением равновесия МДС обмоток приведенного трансформатора.

Режим нагрузки трансформатора.

Если включить вторичную обмотку трансформатора на внешнюю цепь, замкнув рубильник 4, то трансформатор переходит из режима холостого хода в режим нагрузки.

Очевидно, что с момента включения рубильника в цепи вторичной обмотки появляется ток нагрузки /2. Этот ток, как и любой изменяющийся ток, создает свой переменный магнитный поток Ф2. Большая часть потока Ф2 замыкается по магнигопроводу трансформатора, а меньшая часть Фр2 — по воздуху вокруг витков вторичной обмотки; она составляет магнитный поток рассеяния.

Будучи индуктированным, ток вторичной обмотки по правилу Ленца противодействует причине, его вызвавшей, т. е. имеет направление, противоположное току /о, поэтому и его магнитный поток Ф2 направлен навстречу потоку Фо. Другими словами, лоток, созданный вторичным током, должен был бы ослаблять основной магнитный поток Фо.

Уравнения Кирхгофа для контуров трансформатора.